CN111810940A - 一种褐煤多级干燥的富氧燃烧锅炉系统 - Google Patents

一种褐煤多级干燥的富氧燃烧锅炉系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种褐煤多级干燥的富氧燃烧锅炉系统，包括依次串联连接的前置干燥器、干燥管、磨煤机、煤粉分配器、锅炉、气体预热器和脱硫除水装置。与现有技术相比，本发明在保证系统能够正常、安全、连续运行的条件下，充分利用再循环烟气对褐煤进行预干燥，将燃料中的部分水分在燃烧前排出系统，从而有助于提高燃料燃烧效率，减少锅炉排烟热损失，显著减小锅炉受热面积，降低锅炉钢耗量和制造成本，使整个系统具有更高的技术经济性。在本发明所述的系统中，富氧燃烧技术的应用可以大幅度的提高排烟中CO2的浓度，大大简化了CO2的回收成本和难度。

Description

一种褐煤多级干燥的富氧燃烧锅炉系统
技术领域
本发明涉及一种富氧燃烧锅炉系统，尤其是涉及一种多级干燥的富氧燃烧锅炉系统。
背景技术
以煤为主要能源的电力生产中CO2的排放占所有人类活动中CO2排放总量的25％左右，是CO2最大的单点排放源。常规煤粉锅炉空气助燃燃烧的排烟中CO2的浓度只有13％～15％，这给CO2的分离与捕捉带来很大的技术和经济难题。富氧燃烧技术，也称作O2/CO2燃烧技术，为组织煤粉在O2和CO2的混合气中燃烧，可以大幅度的提高排烟中CO2的浓度(脱水后CO2的浓度能达到95％以上)，大大简化了CO2的回收成本和难度。N2的含量很少，便于压缩冷却得到液态CO2，同时去除、回收其它污染物，如SO2等有害气体。因此，越来越多的国家都相继展开了富氧燃烧技术的技术经济性研究。目前，国内外在富氧燃烧领域技术已经开展了大量卓有成效的工作，积累了相当数量的科学试验数据。
在全世界范围褐煤约占煤炭总储量40％，我国褐煤约占煤炭总储量13％。随着能源供需矛盾的恶化以及环保要求的日益提高，高效清洁的利用能源成为目前的研究热点。由于我国电煤供应紧张，而褐煤价格较低，越来越多的电厂开始燃用褐煤发电。然而由于褐煤中水分含量高，燃褐煤锅炉效率普遍低于91％。与常规空气燃烧烟煤锅炉相比，褐煤锅炉价格高出约25％，锅炉热效率低约2％。这主要因于褐煤锅炉的炉内烟气量较一般烟煤锅炉多出约30％，因而锅炉排烟热损失较高，锅炉体积也较大。这些都使得燃褐煤电站效率普遍偏低。另外，从当前富氧燃烧技术的发展情况来看，采用富氧燃烧技术虽然能够大幅度减少温室气体的排放，但也造成了电厂发电效率进一步下降。如果采用富氧燃烧方式来高效利用褐煤资源，大力发展高效的褐煤利用技术，提高燃褐煤电站的技术经济性就显得更加重要。
由于烟气的不断再循环，烟气中水分含量，远大于空气燃烧情况。尤其是对于一些褐煤(如褐煤)，烟气中的水分含量更高。若输送粉状燃料的气固混合物的温度过低，则烟气中的水分易发生结露，从而造成管道堵塞；若气固混合物温度过高，则易造成粉状褐煤爆燃，发生危险。若气固混合中氧气浓度过高，则亦发生燃料自燃、爆炸的危险；若气固混合中氧气浓度过低，不利于煤粉的着火。这对锅炉制粉系统和燃烧系统的设计均提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种褐煤多级干燥的富氧燃烧锅炉系统，本系统在保证正常、安全、连续运行的条件下，充分利用再循环烟气对褐煤进行干燥，将燃料中的部分水分在燃烧前排出系统，减少燃料燃烧所产生的烟气量，从而减少锅炉排烟热损失，减小锅炉体积，与现有技术相比使整个系统具有更高的技术经济性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明中的褐煤多级干燥的富氧燃烧锅炉系统，包括依次串联连接的前置干燥器、干燥管、磨煤机、煤粉分配器、锅炉、气体预热器和脱硫除水装置；
褐煤依次通过干燥器和干燥管完成干燥，并通过磨煤机磨粉后进入锅炉；
所述的干燥管和锅炉的入口处分别加注有一次风与二次风；
锅炉中燃烧产生的一部分烟气通过再循环对褐煤预热干燥，将燃料中的部分水分在燃烧前排出系统，另一部分烟气与一次风与二次风混合。
进一步地，所述的锅炉包括锅炉本体、燃烧器和炉膛顶部；
所述的二次风由燃烧器的入口处注入，所述的一次风由干燥管的入口处注入。
进一步地，所述的炉膛顶部设有第一烟气出口，第一烟气出口通过管路连接于干燥管的入口处；
所述的一次风由第一烟气出口与干燥管之间的管路注入。
进一步地，所述的锅炉本体上设有第二烟气出口，第二烟气出口通过管路分别与燃烧器与气体预热器连接；
由第二烟气出口输出的烟气一部分与二次风混合注入燃烧器，另一部分向气体预热器提供热量。
进一步地，所述的气体预热器包括第一换热通道与第二换热通道，所述的第一换热通道的入口与所述的第二烟气出口连接；
所述的第一换热通道的出口与所述的干燥器的入口连接，所述的干燥器的出口与所述的脱硫除水装置的入口连接；
进一步地，所述的脱硫除水装置的出口处设有排烟口，所述的脱硫除水装置的出口分别与气体预热器的第二换热通道入口、排烟口连接；
所述的气体预热器的第二换热通道出口处与一次风混合并连接于干燥管的入口端。
进一步地，所述的前置干燥器烟气出口温度为烟气酸露点温度±20℃。若出口温度高于此范围则达不到良好干燥效果，低于此范围则易引起管道的低温腐蚀。
进一步地，所述的磨煤机出口处气固混合物温度为100-160℃，气固混合物中的氧气浓度控制小于10％，优选为5％±2％。这样可以保证褐煤在进入锅炉后迅速燃烧，并有效控制氮氧化物的生成。
进一步地，所述的一次风和/或二次风中包含有助燃剂。大部分助燃剂作为二次风的一部分进入炉膛。这样能够保证制粉系统具有更高的安全性。
进一步地，烟气在前置干燥器入口处的温度在330℃±10℃。烟气在前置干燥器E1出口处的温度保持在150℃±10℃。在此温度下以保证褐煤得到充分干燥。
进一步地，所述的前置干燥器为接触式或非接触式干燥器。若前置干燥器为接触式，褐煤中因干燥而蒸发的部分水分与烟气自然混合并与烟气一起排出前置干燥器；若前置干燥器为非接触式，褐煤中因干燥而蒸发的部分水分单独排出前置干燥器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)在本发明所述的系统中，烟气在前置干燥器出口处的温度范围可以保证尽可能地利用热烟气的能量来干燥褐煤，蒸发更多的水分。
2)在本发明所述的系统中，磨煤机出口气固混合物的温度和氧气浓度范围可以在保证制粉系统安全、连续运行的条件下，在避免烟气中水分过多而造成管道堵塞的同时创造更好的着火条件。
3)在本发明所述的系统中，富氧燃烧技术的应用可以大幅度的提高排烟中CO2的浓度(脱水后CO2的浓度能达到95％以上)，大大简化了CO2的回收成本和难度。
4)在本发明所述的系统中，褐煤中的部分水分被提前排出而不进入炉膛，,使得炉内温度升高，有助于提高燃料燃烧效率，从而减少锅炉排烟热损失，并且显著减小锅炉受热面积，降低锅炉钢耗量和制造成本；同时，进入炉膛的褐煤的水分减少还降低了高温烟气的抽气比例、制粉设备的压头要求以及抽烟管道的载荷要求，进一步降低了锅炉的投资水平，最终使整个系统具有更高的技术经济性。
附图说明
图1为本发明中褐煤多级干燥的富氧燃烧锅炉系统的结构示意图。
1、干燥管，2、磨煤机，3、煤粉分配器，4、锅炉，41、锅炉本体，42、燃烧器，43、炉膛顶部，5、前置干燥器，6、气体预热器，7、脱硫除水装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明中的褐煤多级干燥的富氧燃烧锅炉系统，包括依次串联连接的前置干燥器5、干燥管1、磨煤机2、煤粉分配器3、锅炉4、气体预热器6和脱硫除水装置7。褐煤依次通过干燥器5和干燥管1完成干燥，并通过磨煤机2磨粉后进入锅炉4；干燥管1和锅炉4的入口处分别加注有一次风与二次风。
锅炉4中燃烧产生的一部分烟气通过再循环对褐煤预热干燥，将燃料中的部分水分在燃烧前排出系统，另一部分烟气与一次风与二次风混合。锅炉4包括锅炉本体41、燃烧器42和炉膛顶部43；二次风由燃烧器42的入口处注入，所述的一次风由干燥管1的入口处注入。炉膛顶部43设有第一烟气出口，第一烟气出口通过管路连接于干燥管1的入口处；一次风由第一烟气出口与干燥管1之间的管路注入。锅炉本体41上设有第二烟气出口，第二烟气出口通过管路分别与燃烧器42与气体预热器6连接；第二烟气出口输出的烟气一部分与二次风混合注入燃烧器42，另一部分向气体预热器6提供热量。一次风和/或二次风中均包含有助燃剂。大部分助燃剂作为二次风的一部分进入炉膛。这样能够保证制粉系统具有更高的安全性。
气体预热器6包括第一换热通道与第二换热通道，所述的第一换热通道的入口与所述的第二烟气出口连接，第一换热通道的出口与所述的干燥器5的入口连接，所述的干燥器5的出口与所述的脱硫除水装置7的入口连接；脱硫除水装置7的出口处设有排烟口，所述的脱硫除水装置7的出口分别与气体预热器6的第二换热通道入口、排烟口连接；气体预热器6的第二换热通道出口处与一次风混合并连接于干燥管1的入口端。
本发明中的具体选型及运行参数为：
前置干燥器5烟气出口温度为烟气酸露点温度±20℃。烟气在前置干燥器5入口处的温度在330℃±10℃。烟气在前置干燥器E1出口处的温度保持在150℃±10℃。前置干燥器5为接触式或非接触式干燥器。若前置干燥器5为接触式，褐煤中因干燥而蒸发的部分水分与烟气自然混合并与烟气一起排出前置干燥器；若前置干燥器为非接触式，褐煤中因干燥而蒸发的部分水分单独排出前置干燥器。磨煤机2出口处气固混合物温度为100-160℃，气固混合物中的氧气浓度控制小于10％，优选为5％±2％。
在具体运行时：褐煤首先进入前置干燥器5进行预干燥，然后与高温混合气体一起依次经过干燥管1和磨煤机2进行干燥和破碎，通过分配器3和燃烧器42进入炉膛进行燃烧。褐煤和混合气体在炉膛中燃烧产生的烟气一部分从炉膛顶部43抽出，并与一次风混合气体混合后进入干燥管，另一部分经过锅炉其它受热面；从锅炉本体41出来的烟气分为两股，第一股直接作为二次风的一部分通过燃烧器42进入炉膛参与燃烧过程，第二股进入气体预热器6来加热一次风到合适的温度，随后进入前置干燥器5；经前置干燥器5换热后的烟气经过脱硫除水装置7后，一部分作为一次风进入气体预热器5，另一部分作为排烟排出系统。
本实施例中的助燃剂可通过：a)从第一烟气出口与燃烧器42之间，b)从一次风进入气体预热器5之前，c)从一次风离开气体预热器5后至一次风与从炉膛顶部43抽出的烟气混合处之间，以及d)直接进入燃烧器42这四个途径中的任意一个或多个进入系统。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种褐煤多级干燥的富氧燃烧锅炉系统，其特征在于，包括依次串联连接的前置干燥器(5)、干燥管(1)、磨煤机(2)、煤粉分配器(3)、锅炉(4)、气体预热器(6)和脱硫除水装置(7)；
褐煤依次通过干燥器(5)和干燥管(1)完成干燥，并通过磨煤机(2)磨粉后进入锅炉(4)；
所述的干燥管(1)和锅炉(4)的入口处分别加注有一次风与二次风；
锅炉(4)中燃烧产生的一部分烟气通过再循环对褐煤预热干燥，将燃料中的部分水分在燃烧前排出系统，另一部分烟气与一次风与二次风混合。
2.根据权利要求1所述的一种褐煤多级干燥的富氧燃烧锅炉系统，其特征在于，所述的锅炉(4)包括锅炉本体(41)、燃烧器(42)和炉膛顶部(43)；
所述的二次风由燃烧器(42)的入口处注入，所述的一次风由干燥管(1)的入口处注入。
3.根据权利要求2所述的一种褐煤多级干燥的富氧燃烧锅炉系统，其特征在于，所述的炉膛顶部(43)设有第一烟气出口，第一烟气出口通过管路连接于干燥管(1)的入口处；
所述的一次风由第一烟气出口与干燥管(1)之间的管路注入。
4.根据权利要求3所述的一种褐煤多级干燥的富氧燃烧锅炉系统，其特征在于，所述的锅炉本体(41)上设有第二烟气出口，第二烟气出口通过管路分别与燃烧器(42)与气体预热器(6)连接；
由第二烟气出口输出的烟气一部分与二次风混合注入燃烧器(42)，另一部分向气体预热器(6)提供热量。
5.根据权利要求4所述的一种褐煤多级干燥的富氧燃烧锅炉系统，其特征在于，所述的气体预热器(6)包括第一换热通道与第二换热通道，所述的第一换热通道的入口与所述的第二烟气出口连接；
所述的第一换热通道的出口与所述的干燥器(5)的入口连接，所述的干燥器(5)的出口与所述的脱硫除水装置(7)的入口连接。
6.根据权利要求5所述的一种褐煤多级干燥的富氧燃烧锅炉系统，其特征在于，所述的脱硫除水装置(7)的出口处设有排烟口，所述的脱硫除水装置(7)的出口分别与气体预热器(6)的第二换热通道入口、排烟口连接；
所述的气体预热器(6)的第二换热通道出口处与一次风混合并连接于干燥管(1)的入口端。
7.根据权利要求1所述的一种褐煤多级干燥的富氧燃烧锅炉系统，其特征在于，所述的前置干燥器(5)烟气出口温度为烟气酸露点温度±20℃。
8.根据权利要求1所述的一种褐煤多级干燥的富氧燃烧锅炉系统，其特征在于，所述的磨煤机(2)出口处气固混合物温度为100-160℃，气固混合物中的氧气浓度控制小于10％。
9.根据权利要求1所述的一种褐煤多级干燥的富氧燃烧锅炉系统，其特征在于，所述的一次风和/或二次风中包含助燃剂。
10.根据权利要求1所述的一种褐煤多级干燥的富氧燃烧锅炉系统，其特征在于，所述的前置干燥器(5)为接触式或非接触式干燥器。
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